Vasküler oksidatif strese karşı ICAM-1`e yönlendirilmiş katalaz yüklü polimerik nanopartiküllerin geliştirilmesi

Abstract

Süperoksit anyonu (O2-) ve H2O2 gibi reaktif oksijen türleri, endotel hücrelerde birçokkardiyovasküler ve pulmoner hastalıkların patogenezinde rol oynayan oksidatif stresesebep olurlar. Antioksidan bir enzim olan katalaz (H2O2'i suya dönüştüren),endoteldeki antioksidan savunmayı artıran aday bir ilaçtır. Katalazın kandolaşımından hızla elimine olması sebebiyle, hücreleri oksidatif strese karşı korumakiçin temel strateji, bu enzimin polimerik nanotaşıyıcılar içine enkapsüle edilerekendotele hedeflendirilmesidir. Bu amaca yönelik olarak, katalaz yüklü PLGA-b-PEGpolimerik nanotaşıyıcılar çift emülsiyon tekniği ile geliştirilmiş ve bu taşıyıcı sisteme,endotele hedefleme molekülü (anti-ICAM-1) konjuge edilmiştir. Böylece, katalazınhem proteolitik inaktivasyona karşı korunacağı, hem de vasküler oksidatif stresteanahtar bir rol oynayan endotel hücrelere hedefleneceği hipotezlerini öne sürdük. Buhipotezleri test etmek amacıyla çeşitli nanopartikül formülasyonları hazırlanmış vekarakterize edilmiştir. Katalazın vasküler endotele anti-ICAM-1 konjugasyonu yoluylahedeflendirilmesi in-vitro'da incelenmiştir. Serbest katalaz aktivitesi proteolitikortamda 5 saat sonunda % 5'in altında iken nanopartikül içine enkapsüle edilenkatalazın aynı şartlarda enzim aktivitesinin % 39'unu koruduğu görülmüştür. Ayrıca,anti-ICAM-1 bağlı katalaz nanopartikülleri (anti-ICAM-1/KatNP) kültür edilen endotelhücrelerce hızlıca alınmıştır. Nanopartikül alımını takiben 6 ve 24 saat boyuncaendotel hücreler H2O2'in yarattığı oksidatif hasara karşı dirençli bulunmuştur.Hazırlanan anti-ICAM-1/KatNP'lerin oksidatif damar hasarı için antioksidan enzimtaşıyıcı sistemler olarak umut vadettiği sonucuna varılmıştır.

Reactive oxygen species, such as superoxide anion (O2-) and H2O2, causeoxidative stress, a condition implicated in the pathogenesis of many cardiovascularand pulmonary diseases, in endothelial cells. An antioxidant enzyme, catalase,converting H2O2 into water, is a candidate drug for augmentation antioxidantdefenses in endothelium. Due to fast elimination of catalase from the bloodstream,its encapsulation by polymeric nanocarriers and target to endothelium is the mainstrategy to protect the cells against oxidative stress. For this purpose, catalaseloaded PLGA-b-PEG polymeric nanocarriers were developed by double emulsiontechnique and an endothelial target molecule (anti-ICAM) was conjugated to thiscarrier system. Thus we hypothesized that catalase can be protected fromproteolytic inactivation and ICAM directed catalase loaded nanoparticles (Anti-ICAM-1/CatNP) will be targeted to the endothelial cells which are known to play akey role in vascular oxidative stress. In order to test these hypotheses severalnanoparticle formulations were prepared and characterized. Targeting of catalaseto vascular endothelium by conjugation of anti-ICAM-1 was evaluated in-vitro.Catalase in NP retained 39 % of its enzyme activity after 5 h in proteolyticenvironment while free catalase retained less than 5 % activity. Furthermore, anti-ICAM-1/CatNPs were rapidly taken up by cultured endothelial cells. Followingnanoaparticle uptake, endothelial cells were resistant to H2O2 induced oxidativeinjury for 6 and 24 hours. It was concluded that prepared anti-ICAM-1/CatNPs arepromising antioxidant enzyme carrier systems for oxidative vascular injury.